基于SOLO分類理論的高中物理“機械能”學(xué)習(xí)進階研究

李爽　徐瑩

摘 要：學(xué)習(xí)進階是近年來科學(xué)教育研究的熱點，已有研究多集中在基本概念、知識銜接和關(guān)鍵能力幾個層面，而對學(xué)生的思維發(fā)展水平關(guān)注較少.將SOLO分類理論與學(xué)習(xí)進階相結(jié)合，是對物理學(xué)科學(xué)習(xí)進階研究的深化.“機械能”是“能量”主題下的重要概念，對培養(yǎng)學(xué)生的物理觀念具有重要意義.研究工作基于課程標準、教材和已有相關(guān)研究成果，以重要概念“機械能”為例，基于SOLO分類理論建構(gòu)能真實刻畫學(xué)生思維特征的“機械能”學(xué)習(xí)進階框架，既能為教師進行其他主題的學(xué)習(xí)進階研究提供理論支撐，也能為一線教師開展有效教學(xué)提供實踐參考.

關(guān)鍵詞：SOLO分類理論;高中物理;學(xué)習(xí)進階;機械能

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：B 文章編號：1008-4134（2021）23-0029-04

學(xué)生的認知發(fā)展過程是一個螺旋式上升的階段，每一階段對應(yīng)的思維層次也隨之提高.近年來符合學(xué)生認知發(fā)展的學(xué)習(xí)進階開始被廣泛關(guān)注，但棘手的問題是如何對學(xué)生思維發(fā)展水平進行刻畫？目前，基于SOLO分類理論的學(xué)習(xí)進階可以更細致地觀察到學(xué)生思維結(jié)構(gòu)以及發(fā)展的節(jié)點，相關(guān)研究已經(jīng)在化學(xué)、生物等學(xué)科展開[1]，林建芬等人介紹了SOLO分類理論對劃分化學(xué)核心概念認知層級與進階路徑的指導(dǎo)意義，建構(gòu)了中和反應(yīng)概念進階學(xué)習(xí)的認知模型[2].唐耿義以高中生物“生態(tài)系統(tǒng)”為例，基于SOLO分類理論劃分進階水平并提出教學(xué)建議[3]. 但基于SOLO分類理論的學(xué)習(xí)進階研究在物理學(xué)科鮮有關(guān)注.本文基于SOLO分類理論描述學(xué)習(xí)進階路徑，再以高中物理“機械能”的回答水平為例，將可視化的思維結(jié)構(gòu)與學(xué)習(xí)進階有效結(jié)合，既深化了學(xué)習(xí)進階的理論研究，同時也能指導(dǎo)教師針對不同思維層級的學(xué)生合理展開教學(xué)，提高學(xué)生的思維品質(zhì).

1 概念理解

1.1 學(xué)習(xí)進階

學(xué)習(xí)進階被定義為“對于一個可以作為學(xué)生長期學(xué)習(xí)的主題，學(xué)習(xí)進階就是對學(xué)生在學(xué)習(xí)這個主題過程中產(chǎn)生的連續(xù)且越來越復(fù)雜的思維方式的描述[4]”.目的應(yīng)為學(xué)生設(shè)立怎樣的學(xué)習(xí)路徑，以期望呈現(xiàn)概念之間的邏輯關(guān)系，幫助教師引導(dǎo)學(xué)生循序漸進地學(xué)習(xí)主題知識，形成良好的認知結(jié)構(gòu).目前，絕大部分學(xué)者認為，學(xué)習(xí)進階主要包括以下五個要素：進階終點、進階變量、進階水平、各水平認知表現(xiàn)和相關(guān)測評工具.近兩年有關(guān)學(xué)習(xí)進階的解讀不斷豐富與發(fā)展，主要包括核心概念、重要概念、科學(xué)理解能力和不同學(xué)段知識的銜接問題，并且涉及力學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)等多分支.

1.2 SOLO分類理論

“SOLO”原意是“觀察到的學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)果的結(jié)構(gòu)”，最初是由Biggs和Collis提出的一種描述智力發(fā)展的一般性框架[5].Biggs等人根據(jù)學(xué)生回答問題時所呈現(xiàn)出的思維結(jié)構(gòu)將SOLO分類理論劃分為五種水平：前結(jié)構(gòu)水平、單點結(jié)構(gòu)水平、多點結(jié)構(gòu)水平、關(guān)聯(lián)水平和抽象拓展水平，如圖1所示.單點結(jié)構(gòu)水平屬于淺層思維，多點結(jié)構(gòu)水平和關(guān)聯(lián)水平屬于中層思維，拓展抽象水平屬于高階思維.SOLO分類理論可以將學(xué)生在回答某一問題時的思維過程顯性化，具有界定清晰和可操作的特點.起初SOLO分類理論被廣泛用于開放性試題評價，后常將其作為開發(fā)課程計劃、評價認知類教學(xué)及診斷學(xué)生學(xué)業(yè)質(zhì)量的有效工具.

1.3 重要概念

核心概念是組織整合某個學(xué)科自身內(nèi)容的少數(shù)關(guān)鍵概念[6]，但由于其高度概括性、有限性等特點，還需要一系列下位概念做支撐，學(xué)術(shù)界稱其為重要概念.重要概念是構(gòu)成科學(xué)理論體系的基石，是科學(xué)知識的主要組成部分.“能量”作為科學(xué)教育領(lǐng)域中的核心概念，在解釋自然現(xiàn)象、架構(gòu)自然學(xué)科的理論中起著不可替代的作用，而“機械能”又是“能量”主題下的重要概念，是學(xué)習(xí)電磁能、熱能等的重要基石，在日常教學(xué)中具有更大的實際價值.

2 高中“機械能”內(nèi)容梳理

2.1 基于課程標準的內(nèi)容研究

課程標準是統(tǒng)領(lǐng)物理課程的綱領(lǐng)性文件，是教材編寫、教學(xué)、評價等的重要依據(jù).《普通高中物理課程標準（2017年版）》關(guān)于必修二第八章“機械能及其守恒定律”這一節(jié)的內(nèi)容描述見表1.

通過對課程標準的解讀發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在初中已經(jīng)對功和功率有了初步了解，定性知道動能、勢能、機械能等概念.在高中階段，學(xué)生將進一步從定量的角度發(fā)展這些概念，深入理解機械能守恒定律，把有關(guān)機械能的具體知識進行提升，能應(yīng)用機械能守恒定律解決有關(guān)問題，體會利用機械能守恒定律解決問題的便利性，逐步學(xué)會從能量觀點和守恒觀點來分析問題，形成初步的能量觀念.

2.2 “機械能”單元概念框架分析

結(jié)合教材對各知識模塊進行梳理，呈現(xiàn)如圖2所示的概念邏輯關(guān)系，箭頭上方概念的學(xué)習(xí)有賴于下方概念，彼此相互依存，不可分割.在“機械能及其守恒定律”這一章，延續(xù)了初中機械能教學(xué)的大致脈絡(luò)，首先是理解功和功率，進而引出重力勢能、彈性勢能和動能，會從做功與能量轉(zhuǎn)化的角度判斷機械能是否守恒.功能關(guān)系是貫穿這一章內(nèi)容的主要線索，學(xué)生如果能夠結(jié)合具體問題逐步理解這一線索，將有助于學(xué)生將全章知識融會貫通，為能量觀的發(fā)展打好基礎(chǔ).因此，本文選取“機械能的定義和表現(xiàn)形式”“機械能的轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)化和守恒”“做功和機械能的關(guān)系”這三個維度作為進階變量，既能整合知識結(jié)構(gòu)也能覆蓋大部分主要內(nèi)容.

3 基于SOLO分類理論的 “機械能”學(xué)習(xí)進階構(gòu)建

3.1 學(xué)習(xí)進階路徑分析

SOLO分類理論與學(xué)習(xí)進階存在一定的內(nèi)在一致性[7]，因此，筆者依據(jù)彼格斯的SOLO分類理論一書[8]，將學(xué)習(xí)進階的層級劃分與SOLO水平相關(guān)聯(lián)，將最低層級與前結(jié)構(gòu)水平對應(yīng)，一般為學(xué)生頭腦中已有的前概念或原始認知;最高層級與抽象拓展水平相對應(yīng)，即學(xué)生的學(xué)習(xí)目標.中間層級劃分為單點結(jié)構(gòu)、多點結(jié)構(gòu)、關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)三個水平，并對每層水平對應(yīng)的認知表現(xiàn)進行詳細說明，這是構(gòu)建學(xué)習(xí)進階和評價進階水平的參考標準，見表2.

為了更好地說明進階路徑劃分，在此以“功”為例，即利用已有知識認識功的概念，利用單一信息識別做功過程伴有能量轉(zhuǎn)化的過程，利用多個線索描述并解決功相關(guān)的問題，利用整合的知識分析功與能的關(guān)系，利用不同視角推理功能關(guān)系并形成初步的能量觀念.

3.2 SOLO水平對應(yīng)的“機械能”學(xué)習(xí)進階

根據(jù)對上述SOLO分類理論下學(xué)習(xí)進階路徑的分析，結(jié)合“機械能”的內(nèi)容梳理，嚴格建構(gòu)能夠描述學(xué)生對“機械能”認知表現(xiàn)的進階假設(shè)（見表3），學(xué)生必須通過新知識的積累和思維的不斷深化來獲得上位層面認知的進步.

4 結(jié)論與啟示

綜合以上分析，以SOLO分類理論為基礎(chǔ)來指導(dǎo)學(xué)習(xí)進階框架的建立，能夠為學(xué)生提供合理的思維進階路徑，使進階框架更加具有可操作性和評價性.此外，還可以得到如下啟示：首先是教學(xué)方面，教師可以依據(jù)SOLO分類理論，參照“機械能”的進階框架對其他主題的教學(xué)內(nèi)容進行重新編排，設(shè)計出符合學(xué)生認知發(fā)展的學(xué)習(xí)進階框架，既有利于教師制定合理的教學(xué)目標，又能幫助教師檢測教學(xué)效果;其次是學(xué)習(xí)方面，通過SOLO分類理論的可視化水平表現(xiàn)，學(xué)生能夠清楚地

認識到自己在概念理解方面的不足，通過自我的不斷反思與調(diào)整，激勵自己沿著更深層次的思維路徑發(fā)展;最后是評價方面，教師可依據(jù)SOLO分類理論形成每個階段的評價線，教學(xué)評價時不能以知識目標為唯一標準，更要注重對學(xué)生思維水平的評價，同時在教學(xué)中用評價來激勵學(xué)生，實現(xiàn)”教、學(xué)、評”的一體化.

參考文獻：

[1]劉妍君，段玉山，周維國.基于SOLO分類理論的中學(xué)地理概念認知建構(gòu)與學(xué)習(xí)進階——以“地球公轉(zhuǎn)”為例[J].地理教學(xué)，2020（05）： 16-20.

[2]林建芬，陳博殷，黃碧蕓.基于SOLO分類理論探討化學(xué)核心概念的學(xué)習(xí)進階與教學(xué)銜接——以人教版“中和反應(yīng)”為例[J].化學(xué)教學(xué)，2016（11）： 24-29.

[3]唐耿義，胡云.基于SOLO分類理論的核心概念學(xué)習(xí)進階探析——以高中生物“生態(tài)系統(tǒng)”為例[J].中學(xué)生物教學(xué)，2019（05）： 30-32.

[4]安秋，王長江.“質(zhì)量”概念學(xué)習(xí)進階的初步研究[J].物理教師，2020，41（05）： 2-5+9.

[5]蔡永紅.SOLO分類理論及其在教學(xué)中的應(yīng)用[J].教師教育研究，2006（01）： 34-40.

[6]郭玉英，姚建欣，張靜.整合與發(fā)展——科學(xué)課程中概念體系的建構(gòu)及其學(xué)習(xí)進階[J].課程·教材·教法，2013，33（02）： 44-49.

[7]羅曉燕，李佳，袁萍.SOLO分類理論與學(xué)習(xí)進階比較研究[J].課程教學(xué)研究，2021（01）： 12-17.

[8]李祥兆.學(xué)生思維評價的新視角——SOLO分類評價理論評述[J].教育科學(xué)研究，2005（11）： 22-24.

（收稿日期：2021-08-18）

作者簡介：李爽（1996-），女，吉林舒蘭人，碩士研究生，研究方向：學(xué)科教學(xué)（物理）.

指導(dǎo)教師：徐瑩（1987-），女，吉林松原人，博士，實驗師，碩導(dǎo)，研究方向：物理實驗教學(xué)研究、物理課程與教學(xué)論.